土木工程材料第4章溷凝土.ppt

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1、,第四章,混凝土(砼),Concrete and Mortar,4.1混凝土概述,混 凝 土 Concrete,要点：1.普通混凝土的组成及各个组成材料的质量要求和 砂石级配的概念、作用及评定方法；2.普通混凝土的主要技术性质-和易性、强度、变形性质及耐久性；3.普通混凝土质量控制的方法和意义；4.普通混凝土配合比设计的原理方法和步骤；,由胶凝材料、水（或不加水）和骨料按适当的比例配合，拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，叫做混凝土。混凝土一词源自于拉丁文术语“Concretus”“共同生长”,混凝土的概念,concrete,混凝土,它有哪些用途？,CONCRETE in Los

2、Angeles,CONCRETE in Los Angeles,BahaI TempleIn Chicago,BEAUTY and DURABILITY,威远炮台和正在施工中的虎门大桥,正在建设中的三峡大坝,挪威的海上石油钻井平台,输水管线,外径,7.5m,内径,6.6m,COLOUR PAVER,混凝土的特点？,耐水性能好，用途广泛；组成材料来源丰富，可就地取材，经济；易成型形状与尺寸变化范围很大的构件；生产耗能比钢低，可大量利用工业废料；可与钢材复合为钢筋混凝土、预应力混凝土使用；抗压强度高；耐久性良好。,优点,混凝土的特点？,缺点,抗拉强度低，易开裂；自重大，比强度小；（肥梁、胖柱、厚基

3、础、对大跨、高层不利）导热系数大，保温隔热差；硬化慢，施工周期长。,水泥混凝土的由来,东欧（B.C.5000y)、古埃及、古希腊的石灰混凝土；中国（）低温煅烧礓石混凝土；古罗马（）石灰和凝灰岩、火山灰混凝土英国（1824）硅酸盐水泥混凝土,最古老的水泥混凝土在中国,甘肃省秦安县大地湾（黄河支流渭水之畔，西安以西约600公里）发掘出两个大型住宅遗址，其地坪用混凝土建造，距今5千年。该混凝土用水硬性水泥制成。以礓石（富含碳酸钙的粘土）为原料在低于900煅烧而成，没有发现硅酸钙水化物存在。该混凝土中所用的骨料，与现代的人工轻骨料成分基本相同。,混凝土的分类,1.按所用胶凝材料分,水泥混凝土沥青混凝土

4、硅酸盐混凝土聚合物胶结混凝土聚合物浸渍混凝土,聚合物水泥混凝土水玻璃混凝土石膏混凝土硫磺混凝土,2.按表观密度大小分,重 砼,普通砼,。2600 kg/m,。=20002500 kg/m,轻 砼,。1950 kg/m,轻骨料砼。=8001950 kg/m,多 孔 砼。=3001000 kg/m,大 孔 砼,普通骨料,。=15001900 kg/m,轻骨料,。=5001500 kg/m,3.按施工工艺分,泵送混凝土喷射混凝土真空脱水混凝土造壳混凝土(裹砂混凝土),碾压混凝土压力灌浆混凝土(预埋骨料混凝土)热拌混凝土太阳能养护混凝土,4.按用途分,防水混凝土防射线混凝土耐酸混凝土装饰混凝土,耐火混

5、凝土不发火混凝土补偿收缩混凝土水下浇筑混凝土,粉煤灰混凝土硅灰混凝土磨细高炉矿渣混凝土纤维混凝土,5.按掺合料分,6.按抗压强度分,低强混凝土(抗压强度30MPa)中强混凝土(抗压强度3060MPa)高强混凝土(抗压强度60MPa),7.按每立方米水泥含量分,贫混凝土(水泥用量不小于170kg)富混凝土(水泥用量不小于230kg),殿神万马罗,The Pantheon Rome,直径44m，耗用凝灰岩轻骨料混凝土12000t,1919年Selma号轻混凝土船在美国Alabama下水,挪威第一座轻混凝土桥,曳引轻混凝土浮桥墩（混凝土=1900kg/m3；f=70MPa；E=2023GPa）,泵送

6、混凝土浇注,泵送混凝土,Pumping Concrete,喷射混凝土,喷射混凝土,Shotcrete,滑模摊铺混凝土,滑模摊铺混凝土,广-湛高速公路,美国加州引水渠,碾压混凝土,RCCP,混凝土发展方向,轻质、高强、快硬、高耐久、多功能、节能、走可持续发展道路。,混凝土质量基本要求,1.符合设计要求的强度2.与施工条件相适应的施工和易性3.与工程环境相适应的耐久性4.变性值较小，满足抗裂性要求5.经济上合理，即水泥用量较少。,问题：,如何实现混凝土的质量要求？,1.合理选材、控制原材料质量；2.合理设计混凝土配合比；3.施工工艺(搅拌、运输、成型、养护）合理，严格质量管理与控制。,4.2普通混

7、凝土的组成材料,普通混凝土的四种基本组成材料：一、水泥二、砂子三、石子四、水,砂子,水泥浆,石子,普通混凝土组成材料：水泥、粗细骨料、水,有时常包括适量的掺合料和外加剂。各组成材料的作用：粗细骨料起骨架作用；水泥和水组成水泥浆包裹骨料表面并填充在骨料空隙中;在混凝土拌和物中,水泥浆起润滑作用,赋予混凝土拌和物流动性,便于施工;混凝土硬化后起胶结作用,将骨料胶结成整体。,混凝土生产基本工艺过程:按配合比称量各组成材料,混合搅拌均匀,运输,浇注,振捣,养护,4.2.1 水泥,4.2.1.1 水泥品种的选择,4.2.1.2 水泥强度等级的选择,根据工程性质、部位、施工条件、环境状况、水泥特性作出合理

8、选择。,应与混凝土设计强度等级相适应，以选择的水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值1.52.0倍为宜。,混凝土工程特点或所处环境条件,优先选用,可以使用,不宜使用,普通硅酸盐水泥,1.在普通气候环境中的混凝土,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,2.在干燥环境中的混凝土,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,3.在高温度环境中或永远处在水下的混凝土,复合硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥、,火山灰质硅酸盐水泥、,粉煤灰硅酸盐水泥、,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥,4.

9、厚大体积的混凝土,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,普 通 混 凝 土,混凝土工程特点或所处环境条件,优先选用,可以使用,不宜使用,快硬硅酸盐水泥硅酸盐水泥,1.要求快硬的混凝土,普通硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,2.高强(大于C40级的混凝土),硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥(标号425号),3.严寒地区的露天混凝土，寒冷地区的处在水位升降范围内的混凝土,普通硅酸盐水泥(标号325号),普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合夺酸盐水泥,4.严寒地区处在水位升降范围内的混凝土,有特殊要求的混凝土,

10、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,5.有抗渗性要求的混凝土,普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,6.有耐磨性要求的混凝土,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(标号325),矿渣硅酸盐水泥(标号325),火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,骨料分,细骨料,粗骨料,4.2.2 骨料,骨料总体积占混凝土体积的60%80%。,骨料质量的优劣直接影响混凝土各项性质好坏。,(一)定义:粒径在0.154.75mm之间的岩石颗粒。细骨料主要采用天然砂和人工砂。,细骨料,砂子技术性能,4.2.2.1 泥和泥块含量,4.2.2.2

11、 有害物质含量,4.2.2.3 坚固性,泥颗粒极细,粘附在骨料表面影响水泥石与骨料之间的胶结;泥块在混凝土中形成薄弱部分影响混凝土质量。对骨料中泥和泥块含量必须严加限制(表6.1)。,有害物质包括草根、树叶、树枝、塑料、炉渣、煤块、硫化物、硫酸盐、有机物、云母、轻物质、氯盐含量等,其含量必须符合表6.1规定。,骨料按规定用硫酸钠溶液检验，经5次循环后重量损失符合表6.1规定。,4.2.2.4 碱活性,为避免碱-骨料反应，重要工程或对骨料有怀疑时，采用化学法或长度法对骨料进行碱活性检验。,砂中有害物质含量（GB/T 146842001）,坚固性指标(GB/T 146842001),压碎指标(GB

12、/T 146842001),级配 骨料中不同粒径的分布情况即骨料大小 颗粒的搭配情况。,级配良好的骨料应使其空隙率和总表面积均最小。,骨料颗粒级配,4.2.2.5 级配和粗细程度,粗细程度骨料不同粒径的颗粒混在一 起的平均粗细程度。相同重量的骨料，粒径小，总表面积大；粒径大，总表面积小，因而大粒径的骨料所需水泥浆量少。选择合适的骨料粗细程度能节约水泥。,（1）砂的颗粒级配和粗细程度通常用筛分析方法测定砂的级配和粗细程度。筛分析方法：六种孔径的标准筛一套，500克干砂，由粗到细依次过筛，然后称得留在各 筛上砂的重量，并计算出各筛上的分 计筛余率和累计筛余率。分计筛余百分率：各筛上的筛余量占砂样总

13、重量的百分率。累计筛余百分率：各筛与比该筛粗的所有筛之分计筛余百分 率之和。,筛分析试验评定砂的粗细程度和颗粒级配,150m,300m,600m,1.18mm,2.36mm,4.75mm,9.50mm,筛孔尺寸(mm),分计筛余(%),累计筛余(%),4.75,2.36,1.18,0.60,0.30,0.15,a1,a2,a3,a4,a5,a6,A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6,A5=a1+a2+a3+a4+a5,A4=a1+a2+a3+a4,A3=a1+a2+a3,A2=a1+a2,A1=a1,累计筛余与分计筛余的关系,细度模数f Ai/100，因粒径5mm的不属于细骨料，所以：,为

14、粗砂,为中砂（配制混凝土时优先选用）,为细砂,砂的粗细程度用细度模数表示。,筛分曲线,砂的筛分曲线,注意：砂的细度模数不能反映其级配的优劣，细度模数相同的砂级配可以很不相同。配制混凝土时必须同时考虑砂的级配和细度模数。,砂的坚固性,定义：指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破坏的能力，也即指砂的耐久性。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，计算总质量损失百分率；人工砂采用压碎指标值来判断砂的坚固性,技术要求有害杂质含量针片状颗粒含量强度颗粒级配与最大粒径坚固性,粗骨料,石子强度指标,(1)岩石抗压强度:,(2)压碎指标值:,将母岩制成50mm50mm50mm的立方体试件或50mm50m

15、m的圆柱体试件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，测得其在饱和水状态下的抗压强度值。,P,P,骨料颗粒压碎强度试验示意图,1.5倍（1.2 1.7）混凝土强度,返回,压碎指标测定：,200KN,石子d=1020mm，加压后用孔径为2.5mm的筛子筛析,碎石用抗压强度和压碎指标值表示，卵石用压碎指标值表示。,颗粒级配与最大粒径,粗骨料颗粒级配 粗骨料的颗粒级配按供应情况分连续粒级和单粒级。,评定方法 同砂子颗粒级配的评定方法。,（2）石子的颗粒级配和最大粒径,石子的级配分为连续粒级和单粒级两种。具体见表6.4。石子的级配通过筛分析试验确定，计算与砂相同。,最大粒径：,骨料筛析后，骨料中公称

16、粒级的上限称为该骨料的最大粒径 Dmax,最大粒径的选择主要根据构件截面尺寸和施工条件,b,板,梁,c,a,最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4；不得超过钢筋最小净距的3/4；对于实心板，不得超过板厚的1/2且不得超过50mm；对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5。,骨料最大粒径(Dmax),混凝土类型 Dmax(mm),大坝混凝土 150普通混凝土 40高强混凝土 25（碎石）15（卵石）活性粉末混凝土 0.6,返回,4.2.2.6 骨料的形状和表面特征,骨料颗粒形状近似球状或立方体形且表面光滑时,对混凝土流动性有利,但表面光滑时与水泥石

17、粘结较差.对配制流动性要求高的混凝土宜选用卵石,对强度要求高的混凝土宜选用碎石。石子必须限制其针、片状颗粒含量。针状颗粒：长度大于该颗粒所属粒级平均粒径（该 粒级上、下限粒径的平均值）的2.4倍者。片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍者。,含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量：不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,骨料的含水状态,返回,4.2.3 混凝土用水,能饮用的水和清洁的天然水。酸碱度、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物等都有一定的含量限值。海水不得拌制钢筋混凝土、预应力混凝土和有饰面要求的混凝土。,4.2.4.1 概述1、

18、定义混凝土外加剂，是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料。除特殊情况外，掺量一般不超过水泥用量的5。外加剂的掺量虽小，但其技术经济效果却显著，因此，外加剂已成为混凝土的重要组成部分，被称为第五组分，获得愈来愈广泛的应用。,4.2.4 外加剂,2、意义外加剂的使用是混凝土技术的重大突破。随着混凝土工程技术的发展，对混凝土性能提出了许多新的要求。如：泵送混凝土要求高的流动性；冬季施工要求高的早期强度；高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性。,4.2.4.2 外加剂的分类 混凝土外加剂种类繁多，根据混凝土外加剂的定义、分类、命名与术语(GB 8075-200

19、5)的规定，混 凝土外加剂按其主要功能分为四类：1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。,3)改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂、减缩剂等。4)改善混凝土其他性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。目前，在工程中常用的外加剂主要有 减水剂 引气剂 早强剂 缓凝剂 防冻剂等。,一、减水剂 定义：减水剂是指在保持混凝土稠度不变的条件下，具有减水增强作用的外加剂。1减水剂的作用原理 常用减水剂均属表面活性物质，其分子是由亲水基团和憎水基团两个部分组成，

20、见图6-1。,图6.1 表面活性剂分子结构模型,图6.2 水泥浆的絮凝结构和减水剂作用示意图,当水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间分子凝聚力的作用，使水泥浆形成絮凝结构,由于减水剂的表面活性作用，致使憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电斥力作用下，水泥颗粒互相分开,当水泥颗粒表面吸附足够的减水剂后，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜层，它阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，也改善了混凝土拌合物的和易性。此外，由于水泥颗粒被有效分散，颗粒表面被水分充分润湿，增大了水泥颗粒的水化面积，使水化比较充分，从而提高了混凝土的强度。,可见，减

21、水剂作用原理可由吸咐分散作用、润滑作用、湿润作用三部分组成,2减水剂的技术经济效果 根据使用目的不同，在混凝土中加入减水后，一般可取得以下效果：(1)增加流动性 在用水量及水泥用量不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，明显提高混凝土流动性，且不影响混凝土的强度。泵送混凝土或其他大流动性混凝土均需掺入高效减水剂。(2)提高混凝土强度 在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌合水量1015，从而降低了水灰比，使混凝土强度提高1520。特别是早期强度提高更为显著。掺入高效减水剂是制备早强、高强、高性能混凝土的技术措施之一。,(3)节约水泥 在保持流动性及水灰比不变的条件下，可以在减少拌合水

22、量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量1015，且有利于降低工程成本。(4)改善混凝土的耐久性 由于减水剂的掺入，显著地改善了混凝土的孔结构，使混凝土的密实度提高，透水性降低，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀等能力。此外，掺用减水剂后，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度。防止因内外温差而引起的裂缝。,减水剂效果 用水量、强度一定时：流动性、水泥用量一定时：流动性、强度一定时：,流动性,Ww/c强度,W(w/c不变)水泥用量,常用减水剂 木质素磺酸盐系 减水 1015%或 提高强度 1020%或 提高坍落

23、度 80100mm 萘系减水剂 减水率1525%树脂系减水剂 减水率2030%,3.常用的减水剂 按减水剂的作用效果及功能情况，可分为普通减水剂、高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂及引气减水剂等。按凝结时间可分为标准型、早强型、缓凝型三种；按是否引气可分为引气型和非引气型两种：按其主要化学成分为：木质素磺酸盐系；多环芳香族磺酸盐系；水溶性树脂磺酸盐系；糖蜜类、腐植酸盐和复合型减水剂等。,(1)木质素磺酸盐系减水剂 分类：根据其所带阳离子的不同，有木质素磺酸钙(木钙)、木质素磺酸钠(木钠)、木质素磺酸镁(木镁等)。其中木钙减水剂(又称M型减水剂)使用较多。木钙减水剂的掺量，一般为

24、水泥质量的0.20.3。作用：当保持水泥用量和混凝土坍落度不变时，其减水率为1015，混凝土28d抗压强度提高1020；若保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，则可节省水泥用量10左右；若保持混凝土的配合比不变，则可提高混凝土坍落度80一100mm。注意：但是木钙减水剂对混凝土有缓凝作用，掺量过多或在低温下缓凝作用更为显著，而且还可能使混凝土强度降低，使用时应注意。木钙减水剂是引气型减水剂，掺用后可改善混凝土的抗渗性、抗冻性、降低泌水性。,使用范围：木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于大模板、大体积浇注、滑模施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工，在日最低气温低于5时，

25、应与早强剂或早强剂、防冻剂等复合使用。木钙减水剂也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,组成：多环芳香族磺酸盐系减水剂的主要成分为萘或萘的同系物的磺酸盐与甲醛的缩合物，故又称萘系减水剂。萘系减水剂的结构特点是憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃，亲水性的官能团则是连在芳环上的-SO3M等。用量：萘系减水剂的适宜掺量为水泥质量的0.51.0。,(2)多环芳香族磺酸盐系减水剂,性能：混凝土28d强度提高20以上。在保持混凝土强度和坍落度相近时，则可节约水泥用量1020。应用：萘系减水剂对不同品种水泥的适应性较强。适用于配制早强、高强、流态、防水、蒸养等混凝土。也适用于日最低气温0以上施工的

26、混凝土，低于此温度则宜与早强剂复合使用。,组成：水溶性树脂系减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂、古玛隆树脂等，我国生产的SM减水剂即是将三聚氰胺与甲醛反应生成三羟甲基三聚氰胺，再经硫酸氢钠磺化而得的以三聚氰胺树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。CRS减水剂则是以古玛隆一苟树脂磺酸钠为主要成分的减水剂。用量及性能：SM减水剂掺量为水泥质量的0.52.0，其减水率为1527，混凝土3d提高30100，28d强度提高20一30。CRS减水剂掺量为水泥质量的0.752.0，其减水率为1830，混凝土3d强度提高40130，28d强度可提高20一30。,(3)水溶性树脂系减水剂,特点：

27、这二种减水剂除具有显著的减水、增强效果外，还能提高混凝土的其他力学性能和混凝土的抗渗、抗冻性，对混凝土的蒸养适应性也优于其他外加剂。应用：水溶性树脂系减水剂为高效减水剂，适用于早强、高强、蒸养及流态混凝土等。,适宜掺量是否伴有缓凝、引气、早强等作用与水泥的适应性对钢筋的锈蚀作用,减水剂使用注意事项,二、早强剂 定义：早强剂，是加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂。作用：早强剂能加速水泥的水化和硬化，缩短养护期，从而达到尽早拆模、提高模板周转率，加快施工速度的目的。早强剂可以在常温、低温和负温(不低于一5C)条件下加速混凝土的硬化过程，多用于冬季施工和抢修工程。分类：早强剂主要

28、有无机盐类(氯盐类、硫酸盐类)和有机类及有机一无机的复合物三大类。,氯盐早强剂 组成：氯盐早强剂主要包括氯化钙、氯化钠、氯化铝等。合理掺加氯盐类早强剂，会对混凝土的早期强度发展有利。注意：不过氯盐类的早强剂只准在不配筋的素混凝土中掺加，对于钢筋混凝土，特别是预应力钢筋混凝上，以及有金属预埋件的混凝土中，要慎重使用这类外加剂，限制Cl-含量的引入量，甚至要禁止使用。,作用机理：第一，氯化物与水泥中的c3A形成更难溶于水的水化氯铝酸盐，加速了水泥中的c3A水化，从而使水泥水化加速；第二，氯化物与水泥水化所得的氢氧化钙生成难溶于水的氧氯化钙，降低液相中氢氧化钙的浓度，加速c3s的水化。另外，由于氯化

29、物多为易溶盐类，具有盐效应，可加大硅酸盐水泥熟料矿物的溶解度，加快水化反应进程，从而加速水泥及混凝土的硬化。,2)硫酸盐早强剂 常用的硫酸盐早强剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙。注意：掺硫酸盐早强剂的混凝土要注意预防泛碱和白华现象。硫酸盐的掺量应通过实验确定，以免引起碱集料反应破坏或硫酸盐过量产生的侵蚀破坏。,3)硝酸盐和亚硝酸盐早强剂硝酸盐和亚硝酸盐均对水泥水化过程起促进作用。这些盐类不仅能作为混凝土的早强剂组分，而且可以作为混凝土防冻剂组分使用。其主要品种有：亚硝酸钙一硝酸钙，硝酸钙一尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一尿素、亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙，以及亚硝酸钙一硝酸钙一氯化钙一尿酸等。亚硝酸钠的掺入还可

30、以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，其原因是可以促使钢筋表面形成致密的保护膜。所以氯盐早强剂或氯盐防冻剂中常复合有亚硝酸钠组分。,4)有机化合物早强剂 最常用的有机化合物早强剂为三乙醇胺。三乙醇胺是一种表面活性剂，掺入水泥混凝土中，在水泥水化过程中起催化剂的作用，它能够加速C3A的水化和钙矾石的形成。三乙醇胺常与氯盐早强剂复合使用，早强效果更佳。常用的有机化合物早强剂还有甲酸钙、乙酸和乙酸盐等。,5)复合型早强剂和早强减水剂 通过对各种早强剂组分之间的复合，以及早强剂组分与减水剂组分之间的复合，可以收到比单一早强剂更好的改性效果。如：大幅度提高混凝土的早期强度发展速率；既能较好地提高混凝土的早期强度，

31、又对混凝土后期强度发展带来好处；既具有一定减水作用，又能大幅度加速混凝土早期强度发展；既能起到良好的早强效果，又能避免有些早强组分引起混凝土内部钢筋锈蚀等。,早强剂的发展方向 1)非氯盐、非硫酸盐类早强剂及复配外加剂的生产和应用；2)低氯离子、低硫酸根离子、低碱金属离子含量的早强剂及复配外加剂的生产和应用；3)大掺量矿渣粉或粉煤灰混凝土早强型外加剂的研制；4)开展早强剂与水泥/掺合料适应性的研究，以更科学地选择早强剂，收到最佳和最经济的应用效果。,三、缓凝剂 1、定义：缓凝剂，是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。2、分类：缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜：木质素磺

32、酸盐类，如木钙、木钠：羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸：无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜，其中糖蜜的缓凝效果最好。,3、缓凝剂的作用原理 缓凝剂的作用原理十分复杂，至今尚没有一个比较完满的分析理论。常有以下几种解释：吸附理论认为缓凝剂被吸附在未水化水泥颗粒表面上，这是通过离子键、氢键或偶极间作用，由于屏蔽而防止水分子靠近，阻碍了水化反应。沉淀理论认为是缓凝剂与水泥中某些组分生成了不溶性物质，它包围了水泥颗粒从而阻碍了水化反应进行。又有的理论认为是Ca(OH)2晶核上吸附了缓凝剂，妨碍了它的进一步生成、长大，这须使溶相中达到一定过饱和以后，Ca(OH)2才能继续生长。由于C

33、a(0H)2 不能及时析出就妨碍了硅酸盐相的进一步水化。,总之，水泥水化反应延缓，以及凝结的推迟，是由于缓凝剂吸附于水泥颗粒表面或水化产物表面所引起的。但目前还很难指出哪些化合物能有缓凝作用。作用：缓凝剂具有缓凝、减水、降低水化热和增强作用，对钢筋也无锈蚀作用。应用：主要适用于大体积混凝土和炎热气候下施工的混凝土，泵送混凝土及滑模施工的混凝土，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。注意：缓凝剂不宜用于日最低气温5C以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。,四、引气剂 定义：引气剂指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易

34、性，并能显著提高硬化混凝土抗冻性、抗渗性的外加剂。分类：目前，应用较多的引气剂为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。,引气剂 Air entraining agent作用：,能在砼拌合物中产生一定量均匀 分布、稳定、微细、独立气泡,作用机理：引气剂大部分是阴离子表面活性剂，在水气界面上，憎水基向空气一面定向吸附，在水泥水外面上，水泥或其水化粒子与亲水基相吸附，憎水基背离水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附层，并力图靠近空气表面，由于这种粒子向空气表面靠近和引气剂分子在空气水界面上的吸附作用，将显著降低水的表面张力，使混凝上在拌合过程中产生大量微细气泡，这些气泡有带相同电荷的定向吸附层，所以相互排斥

35、并能均匀分布；另一方面，许多阴离子引气剂在含钙量高的水泥水溶液中有钙盐沉淀，吸附于气泡膜上，能有效防止气泡破灭，引入的细小均匀的气泡能在一定时间内稳定存在。,从上述机理可以看出引气剂的界面活性作用与减水剂相似：区别在于减水剂的界面活性作用主要发生在液一固界面，而引气剂的界面活性作用主要在气一液界面上。由于能显著降低水的表面张力和界面能，使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径多在50250m。同时，因引气剂定向吸附在气泡表面，形成较为牢固的液膜，使气泡稳定而不破裂。按混凝土含气量35计(不加引气剂的混凝土含气量为1)，1m3混凝土拌合物中含数百亿个气泡。由于大量微小、封闭并均匀

36、分布的气泡的存在，使混凝土的某些性能得到明显改善或改变。,作用：(1)改善混凝土拌合物的和易性。由于大量微小封闭球状气泡在混凝土拌合物内形成，如同滚珠一样，减少了颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物流动性增加。同时，由于水分均匀分布在大量气泡的表面，使能自由移动的水量减少，混凝土拌合物的保水性、粘聚性也随之提高。(2)显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性。大量均匀分布的封闭气泡有较大的弹性变形能力，对由水结冰所产生的膨胀应力有一定的缓冲作用，因而混凝土的抗冻性得到提高。大量微小气泡占据于混凝土的孔隙，切断毛细管通道，使抗渗性得到改善。,(3)降低混凝土强度 由于大量气泡的存在，减少了混凝土的有效受力面积

37、，使混凝土强度有所降低。应用及注意：引气剂可用于抗渗混凝土、抗冻混凝土、抗硫酸盐侵蚀混凝土、泌水严重的混凝土、贫混凝土、轻混凝土，以及对饰面有要求的混凝土等，但引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,五、防冻剂 1、定义：防冻剂，是能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期足够防冻强度的外加剂。2、分类：按负温养护温度可分为-5、-10、-15 三类；按成分可分为：无机盐类、有机盐类、有机化合物与无机盐复合类、复合型防冻剂。常用的防冻剂为复合型，由防冻、早强、减水、引气等多组分组成各尽其能，完成预定抗冻性能。,六、速凝剂 1、定义：速凝剂，是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主

38、要有无机盐类和有机物类两类。2、功能：速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高23倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的8090。3、应用：速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程。,七、减缩剂 1、意义：混凝土很大的一个缺点是在干燥条件下产生收缩，这种收缩导致了硬化混凝土的开裂和其他缺陷的形成和发展，使混凝土的使用寿命大大下降。在混凝土中加入减缩剂能大大降低混凝土的干燥收缩，典型性的能使混凝土的28d收缩值减少5080，最终收缩值减少2550。2、机理：主要是能降低混凝土中的毛细

39、管张力，从本质上讲，减缩剂是表面活性物质，有些种类的减缩剂还是表面活性剂。当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时，减缩剂的存在使毛细管张力下降，从而使得混凝土的宏观收缩值降低，所以混凝土减缩剂对减少混凝土的干缩和自缩有较大作用。,6.3 外加剂的选择和使用 在混凝土中掺用外加剂，若选择和使用不当，会造成质量事故。因此，应注意以下几点：1外加剂品种的选择 外加剂品种、品牌很多，效果各异，特别是对不同品种水泥效果不同。在选择外加剂时，应根据工程需要，现场的材料条件，参考有关资料，通过试验确定。2外加剂掺量的确定 混凝土外加剂均有适宜掺量。掺量过小，往往达不到预期效果；掺量过大，则

40、会影响混凝土质量，甚至造成质量事故。因此，应通过试验试配，确定最佳掺量。,3外加剂的掺加方法 外加剂的掺量很少，必须保证其均匀分散，一般不能直接加入混凝土搅拌机内。掺入方法会因外加剂不同而异，其效果也会因掺人方法不同而存在差异。故应严格按产品技术说明操作。如：减水剂有同掺法、后渗法、分掺法等三种方法。a.同掺法，是减水剂在混凝土搅拌时一起掺入；b.后掺法，是搅拌好混凝土后间隔一定时间，然后再掺入；c.分掺法，是一部分减水剂在混凝土搅拌时掺入，另一部分在间隔一段时间后再掺入。而实践证明，后掺法最好，能充分发挥减水剂的功能。,4外加剂的储运保管 混凝土外加剂大多为表面活性物质或电解质盐类，具有较强

41、的反应能力，敏感性较高，对混凝土性能影响很大，所以在储存和运输中应加强管理。失效的、不合格的、长期存放、质量未经明确的禁止使用；不同品种类别的外加剂应分别储存运输；应注意防潮、防水、避免受潮后影响功效；有毒的外加剂必须单独存放，专人管理；有强氧化性外加剂必须进行密封储存；同时还必须注意储存期不得超过外加剂的有效期。,本章小结掌握减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂等外加剂的定义、分类及其作用；熟悉混凝土外加剂的定义、分类及其意义；熟悉混凝土外加剂的选择和使用；了解减水剂的作用效果及其常用品种；了解其他混凝土外加剂的常见品种及其作用机理。,4.2.5 掺和料,混凝土掺和料是在配制混凝土拌和物过程中，直

42、接加入的具有一定活性的矿物细粉料。主要成分为SiO2和AI2O3，绝大多数来自工业固体废渣。在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。混凝土掺和料被称为混凝土“第二胶凝材料”或辅助胶凝材料。掺和料用于混凝土中可取代水泥，节约成本，改善混凝土拌和物和硬化混凝土各项性能。可改善环境，减少二次污染，推动可持续发展的绿色混凝土。,4.2.5.1 粉煤灰,又称飞灰，煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料。绝大多数来自火电厂。按获取工艺分：多电场收尘灰，选分机选灰，机械 磨细灰。按其中氧化钙含量分：低钙灰，高钙灰。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691规定了低钙粉煤

43、灰的技术指标和分级。粉煤灰掺和料可改善混凝土拌和物和易性、可泵性和抹面性；能降低混凝土水化热；能提高混凝土抗渗性、抗化学侵蚀性，抑制碱骨料反应。广泛应用于土木、水利建筑工程以及预制混凝土制品和构件。粉煤灰混凝土早期强度有所下降，长期强度可赶上或超过不掺粉煤灰的混凝土。,4.2.5.2 矿渣微粉,矿渣微粉是水淬粒化高炉矿渣磨细加工后形成的微粉材料。上海市地方标准规定了矿渣微粉的技术指标和分级。矿渣微粉可取代水泥，显著改善和提高混凝土的综合性能如改善和易性，降低水化热，提高抗腐蚀能力，提高后期强度。用于配制高强、高性能混凝土，也适用于中强混凝土、大体积混凝土、地下和水下混凝土。,4.2.5.3 硅

44、灰,硅灰是电弧冶炼硅金属或硅铁合金时的副产品，极细的球形颗粒，主要成分为无定形二氧化硅。可取代水泥节约成本，能改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性，降低水化热，提高混凝土抗渗、抗冻和抗侵蚀能力，能大幅度提高早期和后期强度。常用硅灰配制100MPa以上的特高强混凝土。,矿物外加剂(掺合料),问题？混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？代替水泥，所以也称水泥代用材料改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构改善混凝土性能，尤其是耐久性保护生态环境，节约资源和能源,4.3新拌混凝土的和易性,4.3.1 和易性的概念,和易性定义：混凝土硬化前在拌合、运输、浇筑、振捣过程中，不发生分层、离析、泌水等现象，获得

45、质量均匀、成型密实混凝土的性质。和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。,新拌混凝土：将水泥、砂、石加水拌和的尚未凝固 时的拌和物。,流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性：混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间有一定粘聚力，不发生分层和离析的现象。保水性：混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。,4.3.2 和易性的测定方法,和易性的测定方法：测定混凝土拌合物的流动性，结合直观观察评定其和易性。混凝土流动性用坍落度和维勃稠度来表示。,4.3.2.1 坍落度试验,在进行坍落度试验的同时检查混凝

46、土拌和物的粘聚性。坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40 mm，坍落度不小于10 mm的混凝土拌和物。,测定方法：,混凝土拌合物坍落度的测定,坍落度法,坍落度与坍扩度测定,粘聚性观察 轻敲已坍落的拌合物若整体缓慢下沉则粘聚性良好，若整体倒塌或部分倒塌或产生离析，则粘聚性不良。,保水性观察 提起坍落度筒后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则保水性良好。,普通混凝土 高强混凝土,级 别,名 称,坍落度(mm),低塑性混凝土,塑性混凝土,流动性混凝土,大流动性混凝土,T1,1040,5090,100150,160,T2,T3,T,混凝土按坍落度的分级,流动性指标的选择：塑性混凝土施工时要根据施工工艺

47、、构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。,考虑施工工艺选择拌合物的工作度,施工工艺 坍落度(mm),碾压混凝土 0滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土 100 200自密实混凝土 240,混凝土灌筑时的坍落度,7090,项 次,结 构 种 类,坍 落 度(mm),基础或地面等的垫层 无配筋的大体积结构(挡土墙、基础等)或配筋稀疏的结构,板、梁和大型及中型截面的柱子等,配筋密列的结构(薄壁、斗仓、筒仓、细柱等),配筋特密的结构,1,2,3,4,1030,3050,5070,现象分析,混凝土中的蜂窝 观察图4-16中混凝土楼面，其中有空洞（俗称蜂窝）。该混凝土是采用人工振捣，其混凝土坍落度

48、为30 mm。请分析混凝土不密实的原因。,【分析】该混凝土未采用振动器振捣，仅人工振捣，而混凝土的坍落度偏低，流动性较差，故易产生蜂窝，应增大混凝土的坍落度，具体按GB 50204-2001混凝土结构工程施工质量验收规范规定进行。实际施工时，混凝土拌和物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。当构件截面尺筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。,工程实例分析,【分析】泵送混凝土要求的坍落度较大，不仅要有较大的流动性，而且还要有较好的保水性及粘聚性，才可保证工程质量。,【概况】某高架桥桥台采用泵送混凝土。因该混凝土保水性较差，泌水量大，大量水泥稀浆从模板缝中流出，拆模板后

49、可见桥台混凝土集料裸露。,4.3.2.2 维勃稠度试验,坍落度小于10 mm 的干硬混凝土拌和物的流动性用维勃稠度表示，单位为s维勃稠度试验适用于骨料最大粒径不超过40 mm，维勃稠度在530s之间的混凝土拌和物。根据维勃稠度混凝土分四级：超干硬性（31s）特干硬性（3021s）干硬性（2011s）半干硬性（105s）,维勃稠度法,维勃稠度仪,4.3.3.影响和易性的主要因素,单位用水量 水泥浆量 水灰比（水泥浆稠度）砂率 组成材料品种、规格、质量 外加剂和掺合料 时间和温度,4.3.3.影响和易性的主要因素,水灰比：混凝土中用水量与水泥用量的比例。无论是水泥浆数量影响还是水灰比影响，实际上都

50、是用水量影响，影响新拌混凝土和易性的决定因素是单位体积混凝土用水量多少。固定用水量定则：骨料一定，单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50100kg，坍落度基本 保持不变。固定单位用水量，变化水灰比，既满足和易性要求，又满足强度要求。,4.3.3.1 单位用水量、水泥浆的数量和水灰比的影响,干硬性和塑性混凝土的用水量(kg/m),碎石最大粒径(mm),拌合物稠度,卵石最大粒径(mm),坍落度(mm),项目,指标,10,20,40,16,20,40,维勃稠度(s),1520,1015,510,1030,3050,5070,7090,175,160,145,180,170,155,180,165